[發(fā)明專(zhuān)利]用于可充電鋰電池的負(fù)極以及可充電鋰電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 01141112.0
• 申請(qǐng)日: 2001-08-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1339834A
• 公開(kāi)（公告）日: 2002-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 松原惠子;津野利章;尹相榮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 三星SDI株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/02
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 趙仁臨,張平元

相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考

本申請(qǐng)是依據(jù)2000年8月21日在日本專(zhuān)利局提出的申請(qǐng)?zhí)枮?000-250256的申請(qǐng)，在本文中其內(nèi)容做為參考引入。

????????????????發(fā)明背景

(a)發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于可充電鋰電池的負(fù)極以及可充電鋰電池，尤其涉及具有提高的鋰離子擴(kuò)散速率并在其中浸入了大量的非水電解液的負(fù)極。

(b)相關(guān)技術(shù)說(shuō)明

隨著電子產(chǎn)品日趨小型化、輕型化以及更高的質(zhì)量和性能，這就要求可充電鋰電池具有更高的容量。

目前，用于可充電鋰電池的負(fù)極是通過(guò)將含有作為負(fù)極活性物質(zhì)的碳材料和聚合物粘結(jié)劑的漿料涂覆在收集極(collector)例如銅箔上、干燥被涂覆的收集極、再滾壓干燥過(guò)的收集極來(lái)制備的。在制得的負(fù)極中，收集極上充滿(mǎn)了碳材料。

曾建議過(guò)一些用于提高可充電鋰電池容量的方法，最有效的方法是提高包含在電池中的活性物質(zhì)的含量。為了在不增大電池總體積的條件下提高負(fù)極活性物質(zhì)的含量，在收集極上的負(fù)極活性物質(zhì)膜的厚度應(yīng)該降低。這可以通過(guò)壓制過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，在壓制過(guò)程中，將通過(guò)在收集極上涂覆負(fù)極活性物質(zhì)漿料而制備的負(fù)極壓制，從而提高負(fù)極活性物質(zhì)的密度。

然而，在負(fù)極混合物粘稠的情況下也存在一些問(wèn)題。如此高的密度降低了負(fù)極活性物質(zhì)漿料的孔隙率，因此很難將電解液浸入到負(fù)極活性物質(zhì)中，降低了負(fù)極鋰離子的擴(kuò)散速率以致于鋰離子的嵌入反應(yīng)不易發(fā)生并使充放電效率降低。

放電速率越高，鋰離子擴(kuò)散速率下降的就越大。即使在壓制過(guò)程中增加了碳物質(zhì)的含量，也會(huì)在高速率放電過(guò)程中降低放電容量和惡化循環(huán)壽命特性。????

????????????????發(fā)明概要

本發(fā)明的目的是提供一種在高速率放電過(guò)程中具有高充放電效率、高放電效率、高放電容量和優(yōu)異的循環(huán)壽命的可充電鋰電池，這是由于提高在負(fù)極中電解液的保留量并增加鋰離子的擴(kuò)散速率的結(jié)果。

這些和其它目的可以通過(guò)用于鋰可充電電池的包含有碳材料和從氧化釔、氧化鈰和氧化鈦中選出的至少一種金屬氧化物的負(fù)極來(lái)實(shí)現(xiàn)，在上述碳材料中可逆地發(fā)生鋰的嵌入反應(yīng)。

????????????????附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

結(jié)合附圖、參考以下的詳細(xì)說(shuō)明對(duì)本發(fā)明將更好理解，對(duì)本發(fā)明更加完整的理解以及附帶的許多優(yōu)點(diǎn)會(huì)是顯而易見(jiàn)的，這里：

圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的可充電鋰電池的側(cè)視截面圖。

??????????????本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明

用于本發(fā)明的可充電鋰電池的負(fù)極包含碳材料，其中發(fā)生可逆的鋰嵌入，和至少一種金屬氧化物。這種金屬氧化物優(yōu)選從氧化釔、氧化鈰和氧化鈦中選擇，而且更優(yōu)選氧化釔。

以100重量份的碳材料為基準(zhǔn)，金屬氧化物的含量在1到20重量份的范圍內(nèi)。

金屬氧化物的平均直徑在10nm到10μm的范圍內(nèi)。

用于可充電鋰電池的電極包含碳材料和從氧化釔、氧化鈰和氧化鈦中選擇的至少一種金屬氧化物。該金屬氧化物對(duì)非水溶液電解液具有好的潤(rùn)濕性。金屬氧化物的良好潤(rùn)濕性會(huì)提高負(fù)極的潤(rùn)濕性，并且有助于使電解液能夠很容易地浸入到負(fù)極中使得容易地發(fā)生鋰的嵌入反應(yīng)并提高充放電效率。

此外，因?yàn)檠趸愶@著地提高了鋰離子的擴(kuò)散速率，它比其它的金屬氧化物更能提高放電容量和循環(huán)特性。

氧化釔不同鋰離子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，并且在氧化釔中不會(huì)發(fā)生鋰離子的嵌入。這使得電極電位不會(huì)突然地改變從而提供了恒壓的電能。

以100重量份的碳材料為基準(zhǔn)，金屬氧化物的含量?jī)?yōu)選在1到20重量份的范圍內(nèi)。在金屬氧化物的含量低于1重量份(基于100重量份碳材料)的情況下，電解液浸入負(fù)極的容易程度不令人滿(mǎn)意。另外，在金屬氧化物的含量高于20重量份(基于100重量份碳材料)的情況下，由于碳材料的含量相對(duì)降低，因此充放電容量可能降低。

用于可充電鋰電池的負(fù)極可以通過(guò)將包含碳負(fù)極活性物質(zhì)、金屬氧化物和聚合物粘結(jié)劑的負(fù)極物質(zhì)漿料形成預(yù)定形狀來(lái)制備，并且可以將其浸入在例如銅的收集極中。本發(fā)明的電極并不限于上面所提到的，而且可以通過(guò)除了上述方法外的各種方法來(lái)制備。

本發(fā)明的可充電鋰電池包括上面所提到的負(fù)極、正極和非水溶液電解液。正極包括正極活性物質(zhì)和含有鋰鹽的非水電解液。在上述正極活性物質(zhì)中發(fā)生可逆的鋰嵌入。

負(fù)極包括碳材料和至少一種金屬氧化物，在上述碳材料中發(fā)生鋰嵌入。金屬氧化物是從氧化釔、氧化鈰和氧化鈦中選擇的，并且更優(yōu)選的是氧化釔。????

以100重量份的碳材料為基準(zhǔn)，可充電鋰電池優(yōu)選含有1到20重量份的金屬氧化物。